PENGEMBANGAN TERMAL ZAT PADAT

 

Pengembangan Termal Zat Padat

Disusun Oleh: Ghefira Nanda Utami (Z07-GHEFIRA)

Abstrak

Pengembangan termal zat padat adalah sebuah bidang penelitian yang berkaitan dengan mempelajari sifat termal dari zat padat. Penelitian ini bertujuan untuk memahami bagaimana zat padat berperilaku dalam hal konduktivitas termal, kapasitas panas, perubahan suhu, dan sifat termal lainnya.

Kata kunci: konduktivitas termal, kapasitas panas

Pendahuluan

Pengembangan termal zat padat Mencakup studi tentang perubahan suhu, panas, dan energi dalam benda padat. Ini melibatkan pemahaman mengenai konduktivitas termal, perubahan fase (seperti peleburan dan pembekuan), ekspansi termal, dan sifat-sifat termal material padat. Penelitian dalam ruang lingkup ini juga mencakup aplikasi teknologi termal seperti pendinginan dan pemanasan material, serta pengembangan bahan-bahan termal yang efisien untuk berbagai tujuan industri.

Bahan penyimpanan padat terutama lebih disukai untuk menyediakan kebutuhan penyimpanan termal dalam pemanasan ruangan gedung (hemat untuk pendinginan) dan aplikasi pemanasan suhu tinggi (matahari). Biasanya, bahan penyimpanan padat yang digunakan untuk aplikasi ini dapat dioperasikan pada suhu yang berkisar antara 40 hingga 75 °C untuk lapisan batuan/beton dan lebih dari 150 °C untuk logam.

Maksud di balik pengembangan bahan penyimpanan padat meliputi hal-hal berikut:

·       Mengurangi risiko terkait kebocoran bahan penyimpan panas akibat suhu tinggi

·       Kelayakan penggunaannya sebagai bahan penyimpanan pada suhu yang sangat tinggi (pembangkit listrik tenaga surya)

Rumusan masalah

1.     Apa yang dimaksud dengan kapasitas panas?

2.     Apa proses konduktivitas termal terhadap zat padat?

Tujuan

1.     Mengetahui yang dimaksud dengan kapasitas panas

2.     Mengetahui proses konduktivitas termal terhadap zat padat

Pembahasan

A.   Kapasitas Panas

Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu massa suatu zat sebesar satu satuan tanpa menyebabkan perubahan fasa disebut kapasitas kalor (C) atau kapasitas termal . Ini menggambarkan kemampuan suatu zat untuk menyerap energi panas.

 

Karena merupakan sifat ekstensif, kapasitas panas didasarkan pada massa dan ukuran sampel. Hal ini menunjukkan bahwa, untuk sampel yang mengandung bahan dua kali lebih banyak daripada sampel lain, diperlukan energi panas (Q) dua kali lebih banyak untuk menghasilkan perubahan suhu yang sama. Kapasitas panas berbagai zat akan menentukan seberapa besar kenaikan suhunya. Pada hari yang panas, kursi logam yang terkena sinar matahari langsung mungkin menjadi hangat saat disentuh, sedangkan air dalam jumlah yang sama tidak akan terlalu panas jika terkena sinar matahari dalam jumlah yang sama. Hal ini menunjukkan bahwa air mempunyai kapasitas panas yang tinggi. Logam biasanya tidak bereaksi dengan baik terhadap fluktuasi suhu, sedangkan air bereaksi dengan baik.

Rumus Kapasitas Panas

Kapasitas Panas untuk satuan massa suatu zat didefinisikan sebagai,

            C = ΔQ / ΔT

dimana

ΔQ: adalah jumlah kalor yang disuplai ke zat

ΔT: adalah perubahan suhu

Jenis Kapasitas Panas

1.     Kapasitas panas spesifik

Kapasitas panas spesifik didefinisikan sebagai banyaknya perubahan kalor yaitu kalor yang diserap atau dibuang suatu zat per satuan massa untuk mengubah suhunya sebesar satu satuan. Bila sejumlah kalor yang sama diterapkan pada zat berbeda bermassa sama, perubahan suhu yang dihasilkan tidaklah sama. Hal ini menunjukkan bahwa setiap zat mempunyai nilai yang berbeda untuk jumlah kalor yang diserap atau dibuang untuk mengubah suhu satuan massanya sebesar satu satuan. Kapasitas kalor jenis suatu zat adalah ukuran besaran ini. Dilambangkan dengan huruf s.

Jika C adalah jumlah kalor yang diserap atau dibuang yaitu ΔQ oleh suatu zat bermassa m ketika mengalami perubahan suhu ΔT , maka kapasitas kalor jenis zat tersebut diberikan oleh

S = C/m = (1/m) (ΔQ / ΔT)

Oleh karena itu, kapasitas kalor jenis adalah sifat zat yang menentukan perubahan suhu sejumlah zat tertentu yang merupakan jumlah kalor yang diserap atau dibuang. Zat tertentu tidak mengalami perubahan fasa selama perubahan suhu. Hal ini tergantung pada sifat dan suhu zat. J kg –1 K –1 adalah satuan SI untuk kapasitas panas spesifik.

2.     Kapasitas panas molar

Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 mol suatu zat sebesar satu derajat Celcius disebut kapasitas kalor molar. Satuan untuk mengukur dan menghitung kapasitas panas molar adalah Joule per mol per derajat Celsius. Oleh karena itu, besarnya bergantung pada jumlah mol zat yang terlibat.

Rumus untuk mencari kapasitas panas molar adalah,

Q = nC∆T

dimana,

q: adalah kalor yang diberikan

n: adalah mol zat

C: adalah kapasitas kalor molar benda

3.     Kapasitas Panas Molar pada Tekanan Konstan Cp

Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu mol suatu zat sebesar satu derajat Kelvin pada tekanan konstan disebut Kapasitas Panas Molar pada Tekanan Konstan dan dilambangkan dengan Cp .

Rumus menghitung Kapasitas Panas Molar pada Tekanan Konstan Cp adalah,

Cp = dH/dt (pada tekanan konstan)

dimana,

Cp: melambangkan kalor jenis pada Tekanan Konstan

dH: adalah Perubahan Entalpi

dt: adalah Perubahan Suhu

4.     Kapasitas Panas Molar pada Volume Konstan Cv

Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu mol suatu zat sebesar satu derajat Kelvin pada volume konstan disebut Kapasitas Panas Molar pada Volume Konstan dan dilambangkan dengan Cv .

Rumus menghitung Kapasitas Panas Molar pada Tekanan Konstan Cv adalah,

Cv = dH/dt (pada volume konstan)

dimana,

Cv: melambangkan kalor jenis pada Tekanan Konstan

dH: adalah Perubahan Entalpi

dt: adalah Perubahan Suhu

B.   Konduktivitas Termal

Konduktivitas atau keterhantaran termal, adalah suatu besaran intensif  bahan yang menunjukkan kemampuannya untuk menghantarkan panas. Konduksi termal adalah suatu fenomena transport dimana perbedaan temperatur menyebabakan transfer energi termal dari satu daerah benda panas ke daerah yang sama pada temperatur yang lebih rendah. Panas yang di transfer dari satu titik ketitik lain melalui salah satu dari tiga metoda yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Konduktivitas termal merupakan persamaan laju aliran panas dikali jarak  persatuan luas dan perbedaan suhu.

Proses konduktivitas termal yaitu ketika panas dialirkan melalui zat padat , panas berpindah melalui agitasi molekul atau atom dan kontak antar partikel. Perpindahan panas bukanlah hasil pergerakan atom atau molekul melalui benda padat. Dalam benda padat, panas berpindah sepanjang perbedaan suhu (disebut gradien suhu) dari area bersuhu tinggi dan dengan agitasi partikel tinggi ke area bersuhu rendah dan dengan demikian agitasi partikel rendah. Perpindahan energi panas ini berlanjut hingga semua bahan penyusun zat padat berada pada kesetimbangan termal , artinya suhu seluruh bahan adalah sama. Waktu yang diperlukan agar hal ini terjadi bergantung pada beberapa faktor, termasuk besarnya perbedaan suhu di dalam material dan karakteristik termal material itu sendiri. Karakteristik ini mencakup komposisi atom atau molekul material dan jaraknya, yang dikenal sebagai panjang jalur yang harus dilalui panas.

 

Jika bahan penghantarnya berupa cairan atau gas , panas berpindah melalui agitasi partikel serta melalui pergerakan atom atau molekul itu sendiri. Konduksi termal terjadi paling cepat pada benda padat dan paling lambat pada gas. Ketika materi berada dalam fase gas, partikel-partikelnya memiliki jarak yang lebih jauh sehingga lebih jarang bertabrakan. Tumbukan ini mentransfer energi panas , sehingga lebih sedikit tumbukan menyebabkan laju konduksi panas yang lebih rendah.

Kesimpulan

Jadi kesimpulan yang saya dapat berikan yaitu Pengembangan termal zat padat melibatkan pemahaman mendalam tentang beberapa aspek, seperti konduktivitas termal yang dimana studi tentang sejauh mana panas dapat merambat melalui suatu material. Material dengan konduktivitas termal yang tinggi dapat menghantarkan panas dengan efisien. Kemudian ada juga kapasitas panas yang dimana banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu massa suatu zat sebesar satu satuan tanpa menyebabkan perubahan fasa disebut kapasitas kalor (C) atau kapasitas termal.

 

Daftar Pustaka

Anoopraj, Mayurigrover, Satyam sharma, diperbarui 23 maret 2023 ( diakses pada 5 nov 2023) https://www.geeksforgeeks.org/heat-capacity/

Fahrijal Wahid Siregar universitas negeri medan 2018 (diakses pada 6 november 2023) https://www.academia.edu/36396710/SIFAT_THERMAL_ZAT_PADAT_KRISTAL?email_work_card=view-paper

Ken Stewart (diakses pada 6 nov 2023) https://www.britannica.com/science/thermal-conductivity

Buku kimia dasar yayan sunarya